天津市生態(tài)防護林林分質(zhì)量調(diào)查與評價

張沁雨

(天津市測繪院有限公司，天津 西青 300381)

隨著生態(tài)文明建設的大力發(fā)展，森林的重要性逐漸凸顯，加大森林培育，提高森林的整體質(zhì)量，可以實現(xiàn)森林多功能和效益的最大化，滿足人類的生態(tài)需求，促進經(jīng)濟和社會的發(fā)展[1]。天津市地處平原地區(qū)，森林資源較貧瘠，除薊州北部山區(qū)有少量天然林外，多以人工林為主。隨著城市的發(fā)展，目前也較難新增造林地，這就更應該注重提高已有森林的林分質(zhì)量，加強現(xiàn)有森林資源的生態(tài)經(jīng)濟效益產(chǎn)出[2]。

構(gòu)建科學的森林質(zhì)量評價指標是衡量森林質(zhì)量優(yōu)劣的基礎，由于人們關(guān)注的森林價值或功能不同，森林質(zhì)量評價指標體系也不盡相同[3]。例如國家尺度涉及的指標有不同用途的森林面積、生產(chǎn)能力、受損森林面積、可持續(xù)經(jīng)營森林面積、與森林相關(guān)的社會經(jīng)濟狀況、時間變化等[4]?？h級尺度的森林資源質(zhì)量評價指標體系則涵蓋了森林生產(chǎn)力、森林結(jié)構(gòu)、森林健康、生態(tài)服務效能、經(jīng)濟服務效能和社會文化服務效能6方面共22個指標[5]。但這些評價指標體系涉及范圍太廣，所需資料復雜繁多，對于林分質(zhì)量提升的精準性不夠。此次研究主要是為提取森林資源中的過熟退化林、老化林或質(zhì)量較差的低效林，因此建立的森林質(zhì)量評價指標體系應更能直接反映小班林分質(zhì)量優(yōu)劣。參考Feng等提出的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力和健康等方面的森林資源質(zhì)量指標[6]，此次評價指標選擇了森林分布、森林結(jié)構(gòu)和森林健康3方面。

生態(tài)防護林對維護和改善生態(tài)環(huán)境具有十分重要的作用，護路林和護岸林作為生態(tài)防護林建設工程的重要組成部分，是天津市的綠色保護屏障。但針對有些防護林帶出現(xiàn)的因立地條件差、病蟲害、氣候災害等因素造成林木保存率過低現(xiàn)象，或是楊樹出現(xiàn)的樹勢衰老現(xiàn)象，亟需在“十四五”期間進行更新改造，提檔升級。本文對天津市高速公路(以下簡稱高速)、高鐵、一級河道兩側(cè)100～150 m綠色廊道范圍進行森林小班質(zhì)量等級評價：首先，通過以往林業(yè)驗收資料與內(nèi)業(yè)相結(jié)合的方法，選擇綠色廊道待評價森林小班庫中林相呈現(xiàn)較差的典型森林小班進行外業(yè)調(diào)查；然后，根據(jù)調(diào)查結(jié)果對評價指標依次進行評分，并按層次權(quán)重分析法匯總小班各評價指標的分數(shù)，得到典型森林小班的質(zhì)量等級；最后，將結(jié)果反推至剩余森林小班，由此獲得天津市綠色廊道內(nèi)全部待評價森林小班的林分質(zhì)量情況。

1 研究區(qū)概況

天津市地處華北平原海河五大支流匯流處，東臨渤海，北靠燕山，有“河海要沖”和“畿輔門戶”之稱。目前天津市已完成綠化國、省道及鐵路1 558 km，營造護岸林6 867 hm2，包括京滬高鐵、京津城際等高鐵，京滬高速、京哈高速、津?qū)幐咚俚雀咚俟?，以及子牙河、北運河、永定河、獨流減河等河道兩側(cè)100 m范圍，是天津市重要的綠色廊道。此次待評價綠色廊道森林小班包括天津市30條高速、高鐵和9條一級河道兩側(cè)100～150 m范圍內(nèi)的全部林分段，具體分布如圖1所示。

圖1 天津市綠色廊道森林小班分布Fig.1 Distribution of forest subcompartments of green corridor in Tianjin

2 研究方法

2.1 林分質(zhì)量調(diào)查

2.1.1調(diào)查范圍與指標

此次是針對林分質(zhì)量進行的專題調(diào)查，調(diào)查范圍為天津市高速、高鐵、一級河道兩側(cè)100～150 m范圍。

調(diào)查指標涵蓋森林分布、森林結(jié)構(gòu)和森林健康3個方面。森林分布包括能體現(xiàn)林帶或片林連續(xù)性分布的林帶連續(xù)率；森林結(jié)構(gòu)包括林層結(jié)構(gòu)和樹種結(jié)構(gòu)(此次調(diào)查范圍內(nèi)的小班均為闊葉林，樹種組成類別可分為闊葉純林和闊葉混交林)；森林健康包括森林災害和林木保存，其中森林災害表現(xiàn)在森林病蟲害和氣候災害，病蟲害主要體現(xiàn)在林木枯梢、樹干蛀蟲、樹葉發(fā)黃褪色或非正常脫落，氣候災害則主要體現(xiàn)在因風折(倒)等因素導致的林木傾倒，林木保存能通過林木存活直觀反映小班森林質(zhì)量的好壞。

具體的調(diào)查指標包括林帶連續(xù)率、優(yōu)勢樹種、林層結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢樹種樣木胸徑、調(diào)查總株數(shù)、受病蟲害株數(shù)、林木傾倒株數(shù)、枯死木株數(shù)等。

2.1.2調(diào)查方法

本次調(diào)查采用“內(nèi)-外-內(nèi)”相結(jié)合的辦法，即先通過以往林業(yè)驗收資料與天津市0.2 m航片影像相結(jié)合的方法，選取待評價綠色廊道森林小班庫中呈現(xiàn)林相殘敗或過熟景象的一定比例的典型小班，然后有針對性地進行外業(yè)調(diào)查并評價。最后，通過基于影像特征的內(nèi)業(yè)判讀，將典型小班的等級評價反推至全部綠色廊道森林小班。具體調(diào)查方法如下：

1)森林分布

通過內(nèi)業(yè)航片估測法調(diào)查小班內(nèi)林木連續(xù)缺失面積，如出現(xiàn)斑塊狀或群團狀林木死亡形成的林中空地，或是多株、帶(條)狀林木死亡，均表現(xiàn)為林木連續(xù)缺失，視為間斷斑塊。當間斷斑塊面積占林地小班面積≥10%時，即視為斷帶。通過統(tǒng)計小班內(nèi)間斷斑塊總面積占比，推算林帶連續(xù)率。

2)森林結(jié)構(gòu)

對于定性指標如優(yōu)勢樹種、林層結(jié)構(gòu)和樹種結(jié)構(gòu)，由有經(jīng)驗的林業(yè)外業(yè)人員采用肉眼直接進行判斷。

3)森林健康

對于定量指標如優(yōu)勢樹種樣木胸徑、受病蟲害株數(shù)、林木傾倒株數(shù)和枯死木株數(shù)，采用標準路線調(diào)查，即根據(jù)小班面積大小，選擇相應數(shù)量具有代表性的林分地段，通過連續(xù)Z型路線調(diào)查每株樣木胸徑、受災或枯死情況。調(diào)查總株數(shù)、選擇的林分地段數(shù)與小班面積的關(guān)系見表1。

表1 調(diào)查總株數(shù)和調(diào)查林分地段數(shù)量Tab.1 Number of investigated trees and forest sites

病蟲害率：調(diào)查林分地段內(nèi)出現(xiàn)如枯梢1/3以上、樹干發(fā)黑、樹葉發(fā)黃褪色或非正常脫落等病腐生理衰老特征明顯現(xiàn)象的立木株數(shù)。通過累加每個林分地段內(nèi)調(diào)查總株數(shù)、受病蟲害立木株數(shù)，推算小班病蟲害率。

林木傾倒率：調(diào)查林分地段內(nèi)因受風折、雪壓、干旱等氣候災害導致傾倒程度超過30°的活立木株數(shù)。通過累加每個林分地段內(nèi)調(diào)查總株數(shù)、傾倒株數(shù)，推算小班的林木傾倒率。

林木保存率：調(diào)查林分地段內(nèi)枯死木株數(shù)。通過累加每個林分地段內(nèi)調(diào)查總株數(shù)、枯死木株數(shù)，推算林木保存率。

2.2 林分質(zhì)量評價

2.2.1評價指標

從調(diào)查指標中選取能體現(xiàn)林分質(zhì)量優(yōu)劣的指標作為評價指標，包括林帶連續(xù)率、林層結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)、病蟲害率、林木傾倒率和林木保存率。

2.2.2評價方法

根據(jù)評價指標采用層次權(quán)重分析法對小班進行等級評價，即對各評價指標賦予相應權(quán)重后加權(quán)計算分值(十分制)，根據(jù)得分將小班林木質(zhì)量劃分為好(8分以上)、較好(6～8分)、較差(4～6分)、差(4分以下)4個等級。各因子指標的權(quán)重賦值見表2。

表2 評價因子指標與權(quán)重Tab.2 Evaluation factor index and weight

由于天津市的主要種植樹種速生楊成熟較快，需及時采伐更新，因此對于優(yōu)勢樹種為楊樹的森林小班，還需統(tǒng)計其平均胸徑，然后分兩種情況進行評價：(1)當平均胸徑為25 cm左右時，該小班內(nèi)的楊樹達到成熟，需砍伐更新，無需再考慮其他評價指標，總分直接定為0分，判定為差等級；(2)當平均胸徑未達到25 cm時，與其他一般小班的評價方法一致。

對于林層結(jié)構(gòu)和樹種結(jié)構(gòu)的等級判定，直接分2種情況判定0分或10分。由于復層林結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，混交林能有效提高森林防護效能、抗病蟲害能力和穩(wěn)定性，因此林層結(jié)構(gòu)為復層林時等級分值為10分，樹種組成類別為混交林時等級分值為10分。對于林帶連續(xù)率、病蟲害率、林木傾倒率和林木保存率的等級判定，需根據(jù)數(shù)值所在區(qū)間定級定分。具體指標的權(quán)重、判別等級和等級分值見表3。

按照鉛鋅礦的充填集料應用工藝落實效果分析，將其整體的充填集料應用進行了優(yōu)化設計，整個優(yōu)化設計中，將-3cm尾礦砂，冶煉水淬渣作為整個集料充填中的材料應用，并且按照對應的充填集料控制需求，將整體充填工藝應用中的材料控制做出了優(yōu)化，借助這種充填材料的優(yōu)化控制，能夠?qū)⒄w礦產(chǎn)充填開采工藝實施好，對于保障該礦產(chǎn)的開采能力提升具有重要性保障意義。結(jié)合具體的礦產(chǎn)充填工藝開采現(xiàn)狀，將對應的充填集料中的材料應用膏體性能進行了分析，對應的材料性能分析如表1所示：

表3 評價指標評分規(guī)則Tab.3 Evaluation index scoring rules

根據(jù)林分質(zhì)量各評價指標的權(quán)重，計算各小班的最終得分(G)。

G=∑W(ki)×G(ki)

(1)

式中：W(ki)為指標i的權(quán)重值;G(ki)為指標i的等級分值。

因選擇的調(diào)查小班分布較均勻，則可將經(jīng)過等級評價的調(diào)查小班作為訓練樣本，然后基于0.2 m航片影像，通過判讀各森林小班呈現(xiàn)在影像上的特征來確定小班等級，最后得到天津市綠色廊道全部森林小班的評價等級。

3 結(jié)果與評價

3.1 調(diào)查結(jié)果

天津全市綠色廊道森林小班總面積有32 144.08 hm2，此次調(diào)查共挑選了1 337個典型森林小班進行外業(yè)調(diào)查，除去調(diào)查失敗(外界因素無法進入，或調(diào)查因子填寫不合理等)的小班，合格小班共1 268個，調(diào)查總面積2 764.52 hm2，占全市待評價森林小班面積的8.60%。各區(qū)待評價森林小班總面積、調(diào)查小班總面積、調(diào)查比例及調(diào)查小班個數(shù)見表4。

表4 各區(qū)綠色廊道森林小班調(diào)查情況Tab.4 Investigation of forest subcompartments of green corridor in each district

武清區(qū)內(nèi)的京滬高速、京津高速、京津塘高速、城際高鐵等多條高速高鐵道路是連接京津的重要樞紐，高速兩側(cè)綠化豐富，因此外業(yè)調(diào)查的小班數(shù)量最多，面積最大；薊州區(qū)以津薊高速為主，綠化帶在影像上呈現(xiàn)特征類似，考慮到山區(qū)高速兩側(cè)外業(yè)工作的可操作性較復雜，所選外業(yè)調(diào)查小班面積最?。唤蚰蠀^(qū)是天津市雙城綠色生態(tài)屏障的重要組成區(qū)，綠色生態(tài)屏障連通了天津市七里?！簏S堡和團泊洼水庫—北大港書庫兩片南北生態(tài)地區(qū)，是天津市及京津冀生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，考慮到區(qū)位重要性，因此調(diào)查比例最大。

對小班調(diào)查結(jié)果按林帶連續(xù)率、樹種組成類別、林層結(jié)構(gòu)、林木保存率、林木受病蟲害率和林木傾倒率等評價指標判定等級，其中單獨提取楊樹過熟的調(diào)查小班，直接判定為差等級。調(diào)查小班在不同評價指標下的小班個數(shù)和小班面積見表5。

表5 具體調(diào)查小班數(shù)及面積Tab.5 Number and area of investigated subcompartments

從調(diào)查結(jié)果來看，復層林、混交林的占比略高于單層林、純林；受病蟲害和氣象災害影響的森林小班較少，但林木保存較差，達標的森林小班面積占比只有55.76%，這可能與栽種的樹種、天津市鹽堿土土質(zhì)有關(guān)，樹木較難存活，另外也與內(nèi)業(yè)挑選外業(yè)調(diào)查小班時著重挑選了一些林相殘敗、長勢較差的小班有一定關(guān)系。

3.2 評價結(jié)果

先根據(jù)評價方法對調(diào)查小班進行總體等級評價，再根據(jù)小班在航片影像上呈現(xiàn)特征不同(圖2)，將結(jié)果反推至全部森林小班，獲得天津市綠色廊道的評價結(jié)果。

3.2.1調(diào)查小班評價結(jié)果

對調(diào)查小班結(jié)果按林帶連續(xù)率、樹種組成類別、林層結(jié)構(gòu)、林木保存率、林木受病蟲害率和林木傾倒率等評價指標的權(quán)重進行綜合評分定級。林分質(zhì)量等級為“好”的小班面積為1 306.47 hm2，等級為“較好”的小班面積為668.62 hm2，等級為“較差”的小班面積為186.89 hm2，等級為“差”的小班面積為602.53 hm2，分布情況見圖3。各區(qū)調(diào)查小班評價結(jié)果具體情況見圖4。

圖2 典型調(diào)查小班影像特征Fig.2 Image feature of typical investigation subcompartments

圖3 調(diào)查小班等級評價結(jié)果分布Fig.3 Distribution of grade evaluation results of investigated subcompartments

從調(diào)查小班的等級評價結(jié)果可以看出，不管是占本區(qū)總調(diào)查面積的比例還是與其他區(qū)相比，寶坻區(qū)等級為“差”的森林小班面積占比均最高，津南區(qū)等級為“差”的比例最低，且寶坻區(qū)等級為“差”的森林小班主要集中在津薊高速兩側(cè)綠化帶。

圖4 各區(qū)調(diào)查小班等級評價結(jié)果Fig.4 Evaluation results of investigated subcompartments grade in each district

3.2.2綠色廊道評價結(jié)果

天津市綠色廊道全部森林小班林分質(zhì)量等級為“好”的小班面積為24 173.66 hm2、為“較好”的小班面積為2 567.47 hm2、為“較差”的小班面積為861.03 hm2、為“差”的小班面積為4 541.91 hm2，分布情況見圖5，評價結(jié)果分區(qū)具體情況見圖6。

與調(diào)查小班等級評價比例分布類似，全市綠色廊道森林小班等級中，依然是寶坻區(qū)等級為“差”的森林小班面積比例最高，津南區(qū)等級為“差”的比例最低。等級為“較差”和“差”的小班需要進行提升改造，各區(qū)這兩個等級小班總面積及占比具體情況見表6。

寶坻區(qū)和武清區(qū)待提升改造小班面積最大，合起來超過了全部待提升改造小班面積的1/2，是生態(tài)防護林需重點提升的區(qū)域。

4 分析與建議

通過此次調(diào)查分析，基本掌握了天津市綠色廊道內(nèi)生態(tài)防護林的林分質(zhì)量情況。從分布比例可以看出，寶坻區(qū)、武清區(qū)、薊州區(qū)需提升改造的小班面積較大，一方面是因為津薊高速、塘承高速、京哈高速、京滬高速和京滬高鐵等主干道路兩側(cè)綠化帶豐富，過熟楊樹較多，另一方面也存在林木保存較差的情況，因此在“十四五”期間需重點對這些道路兩側(cè)綠化帶進行提升改造；另外，由于楊樹種植較多而導致的楊絮紛飛等現(xiàn)象也會污染環(huán)境，可適當考慮其他鄉(xiāng)土樹種。津南區(qū)、東麗區(qū)和濱海新區(qū)需提升改造小班面積較小，這與2018年啟動的綠色生態(tài)屏障建設項目息息相關(guān)：津南區(qū)和東麗區(qū)作為綠色生態(tài)屏障的主要區(qū)域，在政府的引導下高度重視造林綠化，及時對林分質(zhì)量較差的小班進行提升改造，因此林分質(zhì)量較高。另外，單從林木保存指標來看，寧河區(qū)的唐廊高速、靜海區(qū)的獨流減河和北辰區(qū)的永定河兩側(cè)林木保存較差，需充分考慮樹種、土壤、氣候等原因進行林分質(zhì)量提升；單從林木受病蟲害情況來看，北辰區(qū)的濱保高速、京津塘高速，西青區(qū)的榮烏高速兩側(cè)有部分森林小班有受病蟲害影響，可重點考察提升。

圖5 綠色廊道林分等級評價結(jié)果分布Fig.5 Evaluation results distribution of stand grades of green corridor

圖6 各區(qū)森林小班等級評價結(jié)果Fig.6 Evaluation results of forest subcompartments grade in each district

表6 天津市綠色廊道待提升改造小班面積及占比Tab.6 Subcompartments area and proportion of green corridor to be improved in Tianjin

此次調(diào)查不僅能為天津市“十四五”期間生態(tài)防護林的提升改造提供數(shù)據(jù)支撐，也探究了針對高速、高鐵和河道兩側(cè)生態(tài)防護林林分質(zhì)量評價的方法和指標，可以為將來生態(tài)防護林質(zhì)量的監(jiān)測提供參考。